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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Zustands eines solchen Injektors. Injektoren, die auch Einspritzventile genannt werden, finden typischerweise in Verbrennungsmotoren Anwendung. Die Injektoren funktionieren in der Regel nach einem Servoprinzip, bei dem durch Anlegen einer Spannung ein Aktuator in Bewegung gesetzt wird und durch ein hydraulisches oder ein auf dem Piezo-Prinzip basierendes Übersetzungssystem eine Düsennadel des Injektors aus einem Düsennadelsitz gehoben wird, wodurch eine Einspritzung eines unter hohen Druck stehenden Kraftstoffs in einen Brennraum erfolgt. Das grundsätzliche Wirkprinzip eines Injektors ist dem Fachmann bekannt und wird in der vorliegenden Erfindung nur zu Teilen erläutert.
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Ein Injektor ist im Prinzip relativ einfach aufgebaut und besitzt zwei Anschlüsse zur Steuerung. Dabei gibt es in aller Regel keine weiteren Anschlüsse, die Signale mit Informationen über die tatsächliche Funktion des Injektors liefern.
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In der Vergangenheit war es so gewesen, dass auch ein verzögertes Reagieren des Injektors auf elektrische Signale ausreichend war, um die Genauigkeit bezüglich der geforderten Rohemissionen am Motor präzise darstellen zu können. Jedoch ist im Zuge von strenger werdenden Emissionsvorschriften ein noch genaueres Betrachten des Einspritzverhaltens des Injektors erforderlich, das gegebenenfalls auch über die Gesamtlebensdauer eines Injektors oder eines Motors korrigierbar sein sollte. Trotz präziser Fertigung verhalten sich Injektoren nicht gleich und unterliegen unterschiedlichen Schwankungen über ihre Lebensdauer hinweg. Ursächlich hierfür sind beispielsweise Verkokungseffekte, ein Verschleiß des Düsensitzes an der Einspritzdüse, applikationsabhängige Rücklaufgegendruckschwankungen, schwankende Temperaturen sowie weitere nicht aufgeführte Parameter.
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Sämtliche dieser Einflussgrößen lassen sich nicht herausmessen und bei der Fertigung eines Injektors als Tabelle im Steuergerät hinterlegen. Demnach besteht seit einiger Zeit der Wunsch, eine Rückmeldung von einem Injektor zu erhalten, um Rückschlüsse auf sein Schaltverhalten zu generieren. Mithilfe solcher Signale lassen sich Systeme realisieren, die über eine geschlossene Regelschleife verfügen und so Abweichungen vom Idealfall ausregeln können. Damit wird erreicht, dass über die Lebensdauer eines Verbrennungsmotors die Emissionen und auch die Leistungsparameter trotz Änderung an der Einspritzdüse, aber auch natürlicher Einflüsse, die zur Schwankung der Präzision führen, konstant in einem spezifizierten Bereich gehalten werden können. Insbesondere hinsichtlich der immer herausfordernder werdenden Emissionsvorschriften ist dies von besonderem Vorteil.
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Aus dem Stand der Technik sind Injektoren bekannt, die eine Regelschleife haben und über einen zusätzlichen Druck- oder Schwingungssensor verfügen. Nachteilhaft hierin ist, dass sich deswegen die Anzahl der Anschlüsse am Injektor auf mindestens drei Kontakte (vormals waren es zwei Kontakte) erhöht.
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Ein Beispiel für einen Injektor aus dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt.
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Der erfindungsgemäße Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst ein Injektorgehäuse, eine bewegbare Düsennadel, die im Injektorgehäuse angeordnet ist und eine Düsennadelspitze aufweist, und einen Düsennadelsitz zum Aufnehmen der Düsennadelspitze, wobei eine Kontaktpaarung von Düsennadel und Düsennadelsitz einen mechanischen Schalter erzeugt, der bei einem Kontakt der Düsennadelspitze mit dem Düsennadelsitz einen geschlossenen Zustand und bei einer Unterbrechung des Kontakts einen offenen Zustand einnimmt, wobei der Injektor über eine Eingangsleitung und eine Ausgangsleitung zum Ansteuern einer Bewegung der Düsennadel verfügt, und der Schalter einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist. Der Injektor zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Anschluss des Schalters mit der Eingangsleitung verbunden ist, und der zweite Anschluss des Schalters mit dem Injektorgehäuse verbunden ist.
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Der mechanische Schalter resultiert demnach aus dem Düsennadelsitz und der Düsennadel, die -je nach Zustand des Injektors- einander berühren oder nicht. Der Schalter kann dabei durch Kontaktpaarung von Nadelspitze und Nadelsitz realisiert werden.
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Der vorstehend beschriebene Injektor weist einen in Abhängigkeit von dem Einspritzzustand des Injektors schaltbaren Schalter auf, der mit einem seiner Anschlüsse direkt mit dem Injektorgehäuse in Verbindung steht. Darüber hinaus ist der andere Anschluss des Schalters an die Eingangsleitung zum Ansteuern einer Bewegung der Düsennadel verbunden, sodass nicht mehr als zwei Leitungen (Eingangsleitung und Ausgangsleitung) in einem Stecker des Injektors angeordnet sein müssen. Dadurch ist es möglich, eine Abwärtskompatibilität der erfindungsgemäßen Injektoren vorzusehen, bei dem die dem erfindungsgemäßen Injektor innewohnenden Vorteile nicht zwangsläufig genutzt werden müssen.
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Darüber hinaus ist es mit einem so ausgebildeten Injektor möglich, den Beginn und das Ende eines Aushebens der bewegbaren Düsennadel aus dem zugehörigen Düsennadelsitz exakt zu bestimmen, womit auch die Einspritzzeit von Kraftstoff in einen Brennraum genau bestimmbar ist. Ganz besonders exakt gelingt das Erfassen des Beginns des Einspritzvorgangs im sogenannten ballistischen Betrieb des Injektors, bei dem die Ansteuerimpulse für den Injektor so kurz sind, das die daraufhin erfolgende Öffnung des Injektors erst stattfindet, wenn der zugehörige Ansteuerimpuls bereits abgeklungen ist.
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Die Erfassung von Beginn und Ende des Aushebens der bewegbaren Düsennadel ist möglich, da die Auswertung eines Spannungsniveaus an der Eingangsleitung je nach Zustand des Schalters variiert. Weiter von Vorteil ist dabei, dass trotz dieser Auswertemöglichkeit ein zweipoliger Stecker für die Funktionalität des Injektors ausreichend ist. Der über den Schalter fließende Strom wird dabei über das Injektorgehäuse, das typischerweise in Kontakt mit einem Motorblock steht, abgeleitet, da der Motorblock mit der Systemmasse verbunden ist. Dabei ist dem Fachmann klar, dass nicht nur eine Variation der Spannung Rückschluss auf den Schalterzustand gibt, sondern auch eine Variation eines Differenzstroms von der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung das Ziehen eines entsprechenden Rückschlusses zulässt.
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Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem ersten Anschluss des Schalters und der Eingangsleitung und/oder dem zweiten Anschluss und dem Injektorgehäuse ein Widerstand geschaltet. Dieser typischerweise hochohmige Widerstand führt in einem geschlossenen Schalterzustand dazu, dass eine geringe Menge an Strom über das Injektorgehäuse in Richtung Masse fließt. Zudem dient dieser Widerstand dazu, dass eine gewisse Spannung an ihm abfällt, wenn der Schalter in einem geschlossenen Zustand ist. Zudem ist es möglich einen solchen Widerstand auch durch ein geschicktes Beschichten des Injektorgehäuses zumindest an den Kontaktstellen, die mit dem Motorblock in Berührung kommen, zu erreichen, sodass nicht zwangsläufig ein Widerstand in den vorstehend aufgeführten Leitungen einzufügen ist. Weiter ist auch möglich, dass diese Verbindung „inhärent“ durch den Düsenstahl realisiert ist. So kann sich durch die Injektorverschraubung im Zylinderkopf eine Masseverbindung zwischen Düsenstahl und Motorblock bis hin zur Masseverbindung am Steuergerät bzw. Batterie ergeben. Somit kann der Schaltkreis geschlossen werden.
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Zudem kann vorgesehen sein, dass die Eingangsleitung und die Ausgangsleitung mit einem Elektromagneten oder einem Piezoelement verbunden sind, wobei vorzugsweise der Elektromagnet oder das Piezoelement bei einer Beaufschlagung mit über die Eingangsleitung und die Ausgangsleitung geführtem Strom ein Ausheben der Düsennadelspitze aus dem Düsennadelsitz bewirkt. Durch ein solches Ausheben strömt bei einem in Betrieb befindlichen Injektor Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum ein.
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Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung ist ein Stecker des Injektors zweipolig und verfügt über die Eingangsleitung und die Ausgangsleitung. Vorzugsweise befinden sich dabei keine weiteren Leitungen für eine Zustandserfassung in dem Stecker.
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Dadurch wird sichergestellt, dass der beanspruchte Injektor zu alten Steckerkontakten kompatibel ist und auch mit einem besonders einfachen Steckeraufbau zusammenwirken kann. Ein Einsatz ist auch dann möglich, wenn die dem erfindungsgemäßen Stecker innewohnende Detektionsfunktion nicht genutzt oder nicht benötigt wird. Der integrierte Schalter und der optionale Widerstand beeinträchtigen die Funktion des Injektors aufgrund der nur sehr geringen Ströme von wenigen Milliampere nicht. Demzufolge wird kein spezieller Stecker mit drei oder gar vier Anschlusspins benötigt und bei der Fertigung können die bisher verwendeten Werkzeuge zum Einsatz kommen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das Injektorgehäuse aus einem elektrisch leitenden Material ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors, der nach einer der vorstehend beschriebenen Variationen ausgebildet ist. Diese Vorrichtung ist dazu ausgelegt, eine Diagnosespannung und/oder einen Diagnosestrom an der in das Injektorgehäuse führenden Eingangsleitung anzulegen, und einen Spannungsverlauf an der Eingangsleitung zu erfassen und/oder einen Differenzstrom zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung zu erfassen.
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Wie bereits vorstehend erläutert, ändert der mechanische Schalter des Injektors seinen Zustand, je nachdem ob die Düsennadelspitze ihren zugehörigen Düsennadelsitz kontaktiert oder nicht. Besteht kein Kontakt zwischen der Düsennadelspitze und dem Düsennadelsitz strömt Kraftstoff aus dem Injektor aus. Bei einer Kontaktierung der Düsennadelspitze mit ihrem Düsennadelsitz sind sämtliche Austrittsöffnungen für Kraftstoff verschlossen, sodass es nicht zu einem Ausströmen von Kraftstoff aus dem Injektor kommt. Durch das Erfassen eines Spannungsverlaufs an der Eingangsleitung beziehungsweise dem Feststellen eines Differenzstroms zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung kann auf einfache Art und Weise der Schalterzustand in dem Injektor erfasst werden. Dies lässt Rückschlüsse auf den genauen Zeitpunkt eines Öffnens und eines Schließens der Kraftstoffaustrittsöffnung des Injektors zu.
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Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Anlegen der Diagnosespannung über eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle. Vorzugsweise erfolgt dies über das Zwischenschalten eines Widerstands zwischen der Eingangsleitung und einer Spannung, insbesondere einer Versorgungsspannung. Typischerweise wird mit einem Beaufschlagen des Elektromagneten oder des Piezoelements mit der Versorgungsspannung eine Bewegung der Düsennadel hervorgerufen. Über einen Widerstand oder eine Stromquelle kann jedoch dazu unabhängig vom Ansteuerzustand des Injektors eine Diagnosespannung oder ein Diagnosestrom der Eingangsleitung des Injektors zugeführt werden. So kann unabhängig vom Ansteuerzustand des Injektors die Diagnosespannung beziehungsweise der Diagnosestrom dazu verwendet werden, den Zustand des mechanischen Schalters in den Injektor zu erfassen. Man ist also nicht auf das direkte Anlegen der Versorgungsspannung angewiesen.
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Nach der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, dass der Diagnosestrom oder der aus dem Anlegen der Diagnosespannung resultierende Strom sehr klein gegenüber dem Strom ist, der erforderlich ist, um eine Bewegung der Düsennadel anzusteuern, nämlich kleiner oder gleich einem Zehntel, vorzugsweise kleiner oder gleich einem Hundertstel und bevorzugter Weise kleiner oder gleich einem Tausendstel des Stroms zum Ansteuern.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn die beanspruchte Vorrichtung ferner ein Mittel zur Spannungserfassung aufweist, um die Diagnosespannung an der Eingangsleitung des Injektors zu erfassen.
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Ferner kann es dabei von Vorteil sein, wenn die beanspruchte Vorrichtung ferner ein Mittel zur Differenzstrombestimmung umfasst, um einen zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung fließenden Differenzstrom zu bestimmen.
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Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, anhand des erfassten Spannungsverlaufs und/oder der erfassten Differenzstroms einen Beginn und/oder ein Ende einer Kontaktunterbrechung der Düsennadel zu ihrem Düsennadelsitz zu detektieren. Somit sind der Beginn und das Ende eines Einspritzzeitpunkts, der durch das Ausheben der Düsennadelspitze aus ihren Düsennadelsitz und das Zurückführen in den Sitz definiert sind, sehr genau bestimmbar.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das Injektorgehäuse mit dem Massepotential verbunden ist. Dies geschieht typischerweise über einen Motorblock, mit dem ein Injektor während seines bestimmungsgemäßen Gebrauchs zusammenwirkt.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Brennkraftmaschine mit einem Injektor nach einer der vorstehend diskutierten Varianten und einer Vorrichtung entsprechend den vorstehend diskutierten Varianten.
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Ferner umfasst von der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das die vorstehend definierte Brennkraftmaschine aufweist.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
- 1: einen Injektor mit Schalter aus dem Stand der Technik,
- 2: einen erfindungsgemäßen Injektor,
- 3: ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Injektorspannung, Nadelbewegung und Nadelhubschalter,
- 4: eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erfassen eines Zustands des Injektors,
- 5: eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen eines Zustands des Injektors, und
- 6: eine dritte Ausführungsform zum Erfassen eines Zustands des Injektors.
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1 zeigt dabei einen Injektor in einer Prinzipskizze, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Injektor 100 weist dabei ein Gehäuse 102 auf, in dem ein Mittel 108 zum Bewegen einer Düsennadel aus ihrem zugehörigen Düsennadelsitz vorhanden ist. Darüber hinaus ist ein mechanischer Schalter 103 angeordnet, der bei einem Kontakt der Düsennadel mit dem Düsennadelsitz einen geschlossenen und bei einer Unterbrechung dieses Kontakts einen offenen Zustand einnimmt. Zum Ansteuern führen in das Injektorgehäuse 102 eine Eingangsleitung 104 sowie eine Ausgangsleitung 105, die mit dem Mittel 108 zum Bewegen der Düsennadel verbunden sind. Ferner dazu werden auch die beiden Kontakte 106, 107 des Schalters 103 aus dem Injektorgehäuse 102 herausgeführt. Insgesamt ergibt sich somit ein Injektor, der über mehr als zwei aus dem Injektorgehäuse 102 herausstehende Leitungen verfügt, sodass ein neuer Stecker für einen solchen Injektor 102 vorzusehen ist.
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Bisherige, herkömmliche Injektoren 100 verwenden einen zweipoligen Stecker, der lediglich für die Stromversorgung des Aktuators 108 notwendig ist. Für die Erfassung der Position des Schalters (auch: Nadelhubschalter) ist mindestens ein weiterer Steckerkontakt 106, 107 notwendig, der ein neues mechanisches Design erfordert und den Injektorstecker nicht mehr kompatibel zu bisherigen Systemen belässt.
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2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors 1, der über ein Injektorgehäuse 2 eine in das Injektorgehäuse 2 führende Eingangsleitung 4 und aus dem Injektorgehäuse 2 heraus führende Ausgangsleitung 5 verfügt. Ferner dazu ist ein Aktuator 8 zum Ansteuern einer Düsennadel vorgesehen, der beispielsweise ein Elektromagnet oder ein Piezoelement sein kann. Weiter befindet sich auch ein mechanischer Schalter 3 in dem Injektor 1, der im Zusammenspiel mit der Bewegung der Düsennadel des Injektors 1 arbeitet. Wird die Düsennadel aus ihrem Sitz gehoben und die Düse zur Einspritzung freigegeben, öffnet der integrierte Schalter 3 seinen Kontakt. Im Gegensatz hierzu wird der Kontakt beim Schließen der Nadel ebenfalls geschlossen. Ein erster Anschluss 6 des Schalters 3 ist dabei über einen Widerstand R2 mit der Eingangsleitung 4 verbunden. Der zweite Anschluss 7 des Schalters 3 ist mit dem Injektorgehäuse 2 elektrisch verbunden, das typischerweise im Betrieb mit Massepotential 9 gleichzusetzen ist.
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Die Information, ob der Nadelhubschalter 3 geschlossen oder offen ist und somit, ob die Einspritzung erfolgt oder nicht, wird durch einen zusätzlichen Stromverbrauch im Injektor angezeigt. Im Gegensatz zu der Ausführung des Stands der Technik ist in der vorliegenden Anwendung kein Kontakt des Schalters direkt zugänglich. Weiter dient der Widerstand R2 dazu, den Strom durch den Kontakt auf ein minimal erforderliches Maß zu begrenzen.
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Bei der Aktivierung des Injektors wird eine Spannung an die Eingangsleitung 4 und die Eingangsleitung 5 gelegt, welche dazu führt, dass über den Aktuator 8, der als Elektromagnet oder als Piezoelement ausgeführt sein kann, die Düsennadel indirekt in Bewegung versetzt wird. Die Nadel hebt sich aus ihrem Sitz und öffnet somit den Kontakt. Infolgedessen wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt.
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Bei der Verwendung eines solchen Injektors kann zur Detektion die Differenzstrommethode (= Fehlstromerkennung) herangezogen werden. Dabei wird der in den Injektor hineinfließende Strom mit dem herausfließendem Strom verglichen. Ist der Schalter 3 geschlossen, fließt an einem der Anschlüsse etwas mehr Strom in den Injektor 1 hinein als über den zweiten Anschluss hinaus. Das liegt daran, dass ein Teil des Stroms über den Schalter 3 direkt nach Masse 9 fließt. So lässt sich recht gut detektieren, ob der Schalter geschlossen ist oder nicht.
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Ist hingegen der in den Injektor hineinfließende Strom identisch mit dem aus dem Injektor hinausfließendem Strom, so ist der Schalter 3 offen. Sind beide Ströme unterschiedlich, lässt sich daraus ein geschlossener Schalter 3 folgern. Diese Art der Detektion funktioniert allerdings nur dann, wenn am Injektor 1 eine Spannung anliegt, da zur Detektion ein Stromfluss erforderlich ist.
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3 zeigt den zeitlichen Zusammenhang zwischen einem Anliegen einer Injektorspannung (Diagramm D3), eine Nadelbewegung (Diagramm D2), und dem Zustand des Schalters (Diagramm D1). Bei Aktivierung des Injektors wird eine Spannung an diesen gelegt. Dies führt dazu, dass die Düsennadel sich indirekt angetrieben durch einen Elektromagneten oder einen Piezo in Bewegung setzt. Die Nadel hebt sich aus ihrem Sitz und öffnet somit den Kontakt. In Folge wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. Wird die Spannung an dem Injektor wieder entfernt, erfolgen die Bewegungen in umgekehrter Richtung. Die Nadel kehrt in ihren Sitz zurück, der Kraftstofffluss wird unterbrochen und der Kontakt schließt wieder. Durch die in 3 erkennbare Trägheit des Systems ist es eine logische Folge, dass die Schaltzeitpunkte des Schalters 3 (vgl. Diagramm D1) sich nicht exakt mit den Zeitpunkten des Anlegens und des Wegnehmens der Spannung des Injektors (vgl. Diagramm D3) zusammenfallen. Vielmehr sind diese signifikant verzögert. Es kann es zu Situationen kommen, in denen der Injektor gar nicht mehr bestromt wird und die Nadel immer noch nicht in ihren Sitz zurückgekehrt ist. Eine begonnene Einspritzung findet in so einem Fall immer noch statt. Erst nach einer Verzögerung schließt die Nadel und somit auch der Schalter 3. Diese Fälle sind in 3 mit gepunkteten Bereichen hervorgehoben. Da zu diesen Zeitpunkten der in 2 dargestellte Injektor 1 nicht mehr bestromt wird, ist es nicht ohne weiteres möglich, einen eventuell vorhandenen Zusatzstrom durch den Nadelhubschalter 3 zu erfassen.
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Bisherige Ansätze verwenden im Injektor den Schalter so, dass die Schalterkontakte an separaten Anschlüssen herausgeführt werden. Diese erfordern dann einen vier- oder auch dreipoligen Stecker. Die Detektion des Schaltvorgangs gestaltet sich dann recht einfach, indem der Schalter über eine Widerstandsmessung erfasst wird. Ein niedriger Widerstand steht für einen geschlossenen Schalter, wohingegen ein hoher Widerstand einen offenen Schalter darstellt.
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Schaltungstechnisch lässt sich ein Schalter noch einfacher detektieren, indem ein Pol des Schalters mit einer gemeinsamen Masse und der andere Pol über einen Widerstand mit der Versorgungsspannung verbunden werden. Bei geöffnetem Schalter ergibt sich so an dem Pol, der an den Widerstand angeschlossen ist eine hohe Spannung, die im Idealfall der Versorgungsspannung entspricht und bei geschlossenem Schalter eine niedrige Spannung, die im Idealfall bei null Volt liegt. Dabei macht es keinen Unterschied, ob der Schaltkontakt über vier Kontakte oder drei Kontakte aus dem Injektor herausgeführt wird. 4 zeigt dabei ein Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit dem Injektor 1.
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Das Öffnen und Schließen der Düsennadel wird über das Spannungspotential an dem Aktuator 8 (Magnetventilspule oder dergleichen) nach erfolgter Bestromung beziehungsweise während einer aktuellen Bestromung detektiert. Um die Potentialänderung auch nach der Injektorbestromung zu detektieren, wird eine Hilfsspannung an den Injektor gelegt. Es ist erforderlich, diese Spannung an den Pin des Injektors 1 anzuschließen, an dem auch der interne Widerstand R2 angeschlossen ist. Vorliegend ist dies die Eingangsleitung 4. Nur so lässt sich die gewünschte Funktion erzielen.
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Diese Spannung kann entweder aus einer aktiven Stromquelle I1 oder einfach durch einen Widerstand R1 (vgl. 5) erzeugt werden. Entscheiden ist, dass der Strom Idiag gegenüber dem eigentlichen Storm Iinj für den Injektorantrieb sehr gering ist, um die Funktion des Injektors 1 nicht zu beinträchtigen.
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Wie 5 zeigt besitzt der Injektor nur zwei Anschlüsse 4, 5, von denen einer (nämlich die Eingangsleitung 4) über einen Widerstand R2 an den Nadelhubschalter 3 angeschlossen ist. Der Schalter 3 ist wiederum mit seinem zweiten Anschluss 7 an das masseführende Gehäuse 2 des Injektors 1 angeschlossen.
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Zur Detektion der Schalterfunktion ist ein bestimmt modifiziertes Steuergerät erforderlich. Wie bereits zuvor beschrieben, lässt sich die Funktion des Schalters 3 vorteilhafterweise mithilfe einer Zusatzspannung detektieren die durch einen Widerstand R1 in dem Steuergerät 10 realisiert ist.
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Während der Injektor 1 angesteuert wird, ist eine Detektion des Schalterzustands nicht möglich. Der Antriebsstrom Iinj ist um einige Größenordnungen höher als der Messstrom durch den Schalter 3, wodurch eine Detektion unmöglich wird. Die Spannung an der Eingangsleitung 4 des Injektors 1 ändert sich um weniger als ein Tausendstel bei Betätigung des Schalters 3. Diese Änderung auf einfache Weise zu detektieren und von einer Störung sicher zu unterscheiden ist nicht ohne übermäßigen Aufwand möglich.
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Wird dagegen der Injektor 1 „ausgeschaltet“, das heißt, die Einspritzung beendet, fällt die Nadel nicht sofort in ihren Sitz zurück, sondern macht dies erst mit etwas Verzögerung, wie aus 3 zu entnehmen ist (vgl. Diagramm D2). Der Nadelhubschalter 3 bleibt zuerst geöffnet und Widerstand R2 übt so keinerlei Einfluss auf die Schaltung in dem Steuergerät 10 aus. An der Eingangsleitung 4 des Injektors 1 lässt sich in diesem Zeitfenster über Widerstand R1 die volle Diagnosespannung messen.
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Nach Ablauf der Verzögerung fällt die Nadel in ihren Sitz zurück und schließt den Schalter. Der Widerstand R1 in dem Steuergerät 10 bildet nun zusammen mit dem Widerstand R2 im Injektor 1 einen Spannungsteiler. Die Spannung an den aus dem Injektorgehäuse 2 herausgeführten Teil der Eingangsleitung 4 des Injektors 1 wird im Verhältnis (R2/R1+R2) geteilt und ist folglich niedriger als die angelegte Spannung an R1.
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Dieser Spannungssprung von einer höheren zu einer niedrigeren Spannung kann im Steuergerät 10 von einem Mikrocontroller µC detektiert und als Information zur Signalisierung des Endes einer Einspritzung gewonnen werden.
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Bei langen Einspritzdauern kann der Beginn einer Einspritzung über diese Hilfsspannung nicht detektiert werden, dies spielt jedoch eine untergeordnete Rolle, da dieser bei kurzen Einspritzdauern erfasst werden kann und somit auch auf längere Einspritzdauern übertragbar ist. Entscheidender ist der Zeitpunkt des Schließens des Einspritzventils, da dieser Zeitpunkt eine sehr viel größere zeitliche Varianz aufweist. In anderen Worten streut dieser Zeitpunkt mehr. Diesen Schließzeitpunkt jeweils zu messen ermöglicht die vorliegende Erfindung im Zusammenspiel mit dem speziell ausgebildeten Injektor, der lediglich zwei Anschlusspole besitzt. Wie in 3 anhand der zweiten Einspritzung dargestellt, ist bei sehr kurzen Ansteuerzeiten, das heißt im sogenannten ballistischen Betrieb, die Detektion des Einspritzbeginns und -endes möglich. Die Bewegung der Nadel findet in so einem Fall soweit verzögert statt, dass der Stromfluss im Injektor 1 bereits abgeklungen ist und die Detektion des Schalterzustands ungestört möglich ist.
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Der besondere Vorteil dieser Erfindung ist ein kompatibel bleibender Injektor 1. Er benötigt weiterhin nur zwei Anschlusspins und kann auch in Applikationen eingesetzt werden, bei denen die Detektionsfunktion nicht benutzt oder benötigt wird. Der integrierte Schalter 3 und Widerstand R2 beinträchtigen die Funktion des Injektors 1 aufgrund der minimalen Ströme von wenigen Milliampere nicht.
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Folglich wird kein spezieller Stecker mit drei oder vier Anschlusspins benötigt und bei der Fertigung können bisher verwendete Werkzeuge zum Einsatz kommen.
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Auf der anderen Seite ist die Auswertung des Signals auf der Steuergeräteseite sehr einfach. Zur Erzeugung des Diagnosesignals wird nur ein einziger Widerstand R1 benötigt, der die erforderliche Diagnosespannung erzeugt. Ebenfalls ist keine zusätzliche Leitung erforderlich, um diese Spannung an den Injektor 1 zu legen. Zur Detektion des Spannungsprungs ist im Steuergerät 10 keine komplexe Schaltung notwendig, da im einfachsten Fall und bei geschickter Auslegung ein Digitaleingang eines Controller µC oder ein Schwellwertschalter ausreicht, der auf die zwei unterschiedlichen Spannungszustände reagiert. Schaltungsmodule, die in den entscheidenden Eigenschaften durch Temperaturdrift oder Toleranzen beeinflusst werden und somit einen niedrigen Störsignalabstand besitzen, sind nicht erforderlich. Reine Spannungspegel mit großer Spannungsdifferenz lassen sich sehr einfach und sehr sicher auch bei hohen Temperaturschwankungen und Bauteiltoleranzen detektieren.
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Die Erfindung erlaubt die Detektion der Einspritzung erst nachdem die Bestromung des Injektors 1 beendet wurde, was, wie vorstehend beschrieben, keinen zu großen Nachteil darstellt, da das Ende einer Einspritzung wesentlich relevanter ist und der bei kleinen Einspritzmengen gelernte Spritzbeginn auf längere Einspritzungen übertragbar ist. Soll trotzdem auch während der Bestromung des Injektors der Öffnungszeitpunkt miterfasst werden, so lässt sich das Verfahren mit der Differenzstrommethode kombinieren.
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Wie in 6 dargestellt, wird einfach zur Differenzstrommethode ein weiterer Widerstand im Steuergerät so ergänzt, dass auch im nicht angesteuerten Zustand des Injektors eine Hilfsspannung am Injektor anliegt.